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Schäumen mit MuCell® -‐ Großserienfähige Sandwichbauweise
Informationsveranstaltung am 18. September zum Thema Schaumspritzgießen mit Live-‐Vorführung am Fraunhofer ICT, Pfinztal bei Karlsruhe
Am 18. September 2013 veranstaltet das Fraunhofer ICT gemeinsam mit der Fa. Engel Deutschland GmbH (Wurmberg) eine Informationsveranstaltung zum Thema „Schaumspritzgießen“. Neben interessanten Fachvorträgen und Networking wird es einen Showroom mit geschäumten Spritzgießbauteilen sowie eine Live-‐Vorführung im Technikum des Instituts geben. Alle Interessenten aus Industrie und Forschung sind zu dieser Veranstaltung herzlich eingeladen. Anmeldung unter www.ict.fraunhofer.de.
Beim Mucell®-‐Prozess wird ein überkritisches Fluid (Stickstoff oder Kohlenstoffdioxid) in die Polymerschmelze eingearbeitet. Durch eine spezielle, faserschonende Mischzone im Massezylinder wird das Gas in der faserverstärkten Schmelze dispergiert und gelöst, so dass im Schneckenvorraum eine einphasige, homogene Gas-‐Polymer–Mischung vorliegt. Beim Einspritzen in die Kavität kommt es zu einem rapiden Druckabfall und damit zum Aufschäumen der Formmasse, vergleichbar mit dem schnellen Öffnen einer Sprudelflasche. Prozessbedingt bildet sich dabei ein sog. Integralschaum, bestehend aus einem geschäumten Kern und einer kompakten, ungeschäumten Außenhaut. Vereinfacht kann die Wirkungsweise eines solchen Aufbaus mit der eines Sandwiches oder eines Doppel-‐T-‐Trägers gleichgesetzt werden (vgl. Bild. 1). Um hohe Biegesteifigkeiten zu generieren, werden die lasttragenden Randschichten möglichst weit voneinander separiert. Damit bietet dieses Verfahren ein großes Leichtbaupotenzial für flächige Bauteile, da hier i.d.R. hohe Biegesteifigkeiten bei geringem Flächengewicht benötigt werden.
Bild 1: Integralschaum, Sandwichaufbau, Doppel-‐T-‐Träger Bild 2: REM-‐Aufnahme eines LFT-‐Schaums (PP-‐LFT30)
Als weitere Vorteile sind kürzere Zykluszeiten, eine erhöhte Maßhaltigkeit durch geringeren Bauteilverzug / weniger Eigenspannungen, geringere Schließkräfte und längere Fließwege verglichen mit Kompaktspritzgießen zu nennen.
Darüber hinaus bietet Schaumspritzgießen eine sehr hohe Designfreiheit, beispielsweise durch wesentlich größere Wandstärken und Wanddickensprünge ohne Einfallstellen oder durch das Spritzen von dünn nach dick. Dadurch können die Beschränkungen durch das kunststoffgerechte
Konstruieren teilweise aufgehoben werden. Dies ermöglicht neue Bauteilgeometrien, die im Kompaktspritzgießen bisher gar nicht vorstell-‐ und umsetzbar sind. Nach dem Vorbild der Natur lassen sich beispielsweise bionischen Geometrien (z.B. Knochen oder Pflanzenstängel) nachahmen, und damit Bauteile optimiert für seine Funktion -‐ und nicht für das Spritzgießen -‐ konstruieren.
Im Bereich Schaumspritzgießen forscht das Fraunhofer ICT intensiv an der Untersuchung und Entwicklung faserverstärkter Schäume: Neben langfaserverstärkten, thermoplastischen Schäumen (LFT-‐Schäume, vgl. Bild 2) wird außerdem die geringere Viskosität der treibmittelbeladenen Schmelze dazu genutzt, um Endlosfaserverstärkungen (Organobleche, UD-‐Tapes und Tape-‐Gelege) schonender zu hinterspritzen oder um großserientaugliche, endlosfaserverstärkte Sandwichstrukturen zu realisieren, wie in Bild 3 und 4 dargestellt.
Bild 3: Schaumsandwich mit endlosverstärkten Decklagen
(PP-‐Schaumkern, Curv®-‐Decklagen) Bild 4: Schaumsandwich mit endlosfaserverstärkten Decklagen
(PP-‐Schaumkern, UD-‐Tape-‐Decklagen)
Seit Anfang 2013 steht am Fraunhofer ICT eine MuCell®-‐Spritzeinheit mit einer speziell für langfaserverstärkte Formmassen optimierten LGF-‐Schnecke für Forschungsprojekte und Industriekunden zur Verfügung:
ENGEL duo 700 pico combi M compounder mit MuCell® am Fraunhofer ICT, Pfinztal
Schnecken-‐Ø: 80 mm (LGF-‐Schnecke) Schließkraft: 7000 kN max. Dosiervolumen: 1402 cm3 max. Einspritzgeschwindigkeit: 442 cm3/s max. Spritzdruck: 1401 bar max. Massetemperatur: 450 °C max. Sonderverfahren: Negativprägen (Atmendes WZ)
Dolphin-‐Verfahren Ansprechpartner: Alexander Roch, Joseph-‐von-‐Fraunhofer-‐Str. 7, D-‐ 76327 Pfinztal Fon +49 (0) 721 4640 733, Fax +49 (0) 721 4640 800 733 [email protected]